tel./fax +48 32 271 47 92

Ogniwa, moduły i panele fotowoltaiczne

Ogniwa fotowoltaiczne

Komórki (ang. cell) stanowią podstawowy element składowy każdego modułu fotowoltaicznego. Pojedyncze ogniowo fotowoltaiczne wykonane z krystalicznego krzemu może osiągnąć wartość napięcia w zakresie 0,5-0,6 V przy określonych warunkach natężenia światła i temperatury. Z uwagi na budowę atomową krzemu, rozróżnić można ogniwa monokrystaliczne, polikrystaliczne oraz amorficzne. Różnice widoczne są gołym okiem, niemniej jednak ogniwa te różnią się przede wszystkim sprawnością. Wynika to z zastosowania różnych technologii otrzymywania krzemu, który wykorzystywany jest w dalszym etapie do produkcji ogniw fotowoltaicznych.

W gospodarstwach domowych najpowszechniej wykorzystywane są obecnie panele budowane na bazie ogniw polikrystalicznych. Ich cena jest wprawdzie niższa w odniesieniu do paneli zawierających ogniwa monokrystaliczne, ma to jednak swoje odzwierciedlenie w nieco niższej sprawności energetycznej oraz mocy. Krzemu polikrystaliczny wykorzystywany do produkcji ogniw PV wytwarzany jest technikami odlewania. Proces taki polega na zalewaniu ciekłym, stopionym wcześniej krzemem, specjalnie przygotowanych do tego celu form. Ogniwa polikrystaliczne osiągają sprawność rzędu 12-15%.

Sprawność ogniw monokrystalicznych mieści się w zakresie 14-17%, jednak technologia otrzymywania krzemu monokrystalicznego jest znacznie bardziej skomplikowana i w konsekwencji znacznie droższa. Krzem tego typu otrzymuje się poprzez tzw. hodowlę monokryształów techniką Czochralskiego.

Technologicznie bardziej zaawansowane są ogniwa wykonane z krzemu amorficznego, czyli krzemu otrzymywanego przy stosunkowo dużych prędkościach chłodzenia. Krzem amorficzny charakteryzuje się nieuporządkowaną budową atomową. Ogniwa te z reguły stosowane są w niewielkich urządzeniach lub w dużych elektrowniach słonecznych.

Bez względu na typ ogniwa, dla uzyskania właściwego napięcia poszczególne ogniwa są ze sobą łączone, tworząc tzw. moduły fotowoltaiczne.

Ogniwa cienkowarstwowe

Ogniwa cienkowarstwowe wytwarzane są z wykorzystaniem innych technologii oraz pierwiastków niż ogniwa fotowoltaiczne polikrystaliczne czy monokrystaliczne. W odniesieniu do technologii wytwarzania ogniw fotowoltaicznych krystaliczne, sprawność ogniwa polikrystalicznego czy monokrystalicznego jest znacznie wyższa, niemniej jednak wpływ częściowego zacienienia ogniwa fotowoltaicznego cienkowarstwowego jest wprost proporcjonalny do powierzchni zacienianej. Nie wpływa na produkcję energii ogniw niezacienionych, jak to ma miejsce w przypadku ogniw monokrystalicznych czy polikrystalicznych. Do najczęściej spotykanych ogniw cienkowarstwowych zaliczamy:

Ogniwa CdTe

  • cienka warstwa półprzewodnika zaprojektowana do absorpcji i konwersji światła słonecznego na energię elektryczną;
  • warstwa półprzewodnika typu p wykonana z tellurku kadmu (CdTe);
  • warstwa półprzewodnika typu n wykonana z siarczku kadmu (CdS);
  • ogniwo ma grubość 2 µm;
  • niższe koszty niż w przypadku konwencjonalnych ogniw słonecznych wykonanych z krystalicznego krzemu;
  • wykorzystywane komercyjnie (aplikacje na dachu lub na dużą skalę);
  • na podstawie cyklu życia CdTe PV odznaczają się najmniejszą emisją dwutlenku węgla;
  • najkrótszy czas zwrotu energii względem wszystkich pozostałych technologii solarnych;
  • CdTe stanowią na rynku obecnie ponad połowę ogniw cienkowarstwowych;

Ogniwa CIS / CIGS

  • warstwa półprzewodnika wykonywana z miedzi (Cu), indu (In), galu (Ga) i selenu (Se);
  • ogniwo ma grubość 1 µm;
  • technologia ta pozwala zaoszczędzić cenne zasoby i oferuje ogromny potencjał na przyszłość;
  • technologia wytwarzania znacznie prostsza niż w przypadku innych ogniw słonecznych;
  • ogniwa łączą w sobie wysoką wydajność i atrakcyjny wygląd;
  • odznaczają się wyjątkową wydajnością w warunkach słabego oświetlenia;
  • osiągają nieprzeciętną wydajność przy wysokim natężeniu światła słonecznego;

Ogniwa DSSC

Ogniwa oparte na półprzewodniku umieszczonym pomiędzy fotograficzną anodą elektrolitu. Wykorzystują system foto-elektrochemiczny i stanowią nowoczesne wersje barwnikowe ogniw słonecznych. Znane również jako komórki Grätzel, zaprojektowane zostały w 1988 roku wspólnie przez Briana O'Regana i Michael Grätzel na UC Berkeley, za co w roku 1991 Michael Grätzel wyróżniony został Millennium Technology Prize 2010. Ogniwa DSSC posiadają szereg atrakcyjnych cech. Proste wykonanie przy użyciu konwencjonalnych technik rolki-drukowania pozwala uzyskać pół-elastyczne i półprzeźroczyste ogniwa PV.

Moduły fotowoltaiczne

Moduł PV stanowi szeregowe połączenie poszczególnych ogniw krzemowych. Podział panelu na moduły fotowoltaiczne pozwala zniwelować niekorzystny efekt zacienienia, które w znacznym stopniu wpływa na spadek sprawności. Do osiągnięcia tego rezultatu stosuje się specjalne diody bocznikujące, czyli bajpasy. Oprócz redukcji efektu zacienienia, przyczyniają się także do optymalizacji produkcji energii elektrycznej.
W komercyjnej sprzedaży dostępne są z reguły moduły o mocy od 5 W do 330 W, które mogą być ze sobą dowolnie zestawiane w celu osiągnięcia pożądanych parametrów. Są to urządzenia stałoprądowe, które generują napięcie z przedziału 16-60 V. Wszystkie modele posiadają określone standardy co do warunków idealnych (STC) i rzeczywistych (NOCT) pracy. Odzwierciedlają z reguły, w jakim środowisku urządzenia będą pracowały oraz jakie będą przy tym osiągi uzyskiwały.

Panele fotowoltaiczne

Standardowy krzemowy panel fotowoltaiczny (panel PV) zbudowany jest z modułów połączonych ze sobą szeregowo i równolegle. Im silniej napromieniowany jest przez słońce, tym więcej prądu generuje, a tym samym zwiększa swoją wydajność. Przy zachmurzeniu oraz w porach mniejszego nasłonecznienia (ranek, wieczór) wydajność jest z reguły mniejsza, ale mimo to panele fotowoltaiczne w dalszym ciągu wytwarzają prąd.

W praktyce wyróżniamy kilka technologii produkcji, w których wykonywane są panele:

  • krystaliczne
  • cienkowarstwowe
  • organiczne
  • kilkuwarstwowe

Ze względu na zastosowanie dzielimy produkty na niezintegrowane z budynkiem:

  • BAPV "building-applied photovoltaics"
  • BIPV "building-integrated photovoltaics"


Produkty są zbudowane w taki sposób, aby wykazywały odporność na wilgoć, korozję, zanieczyszczenia oraz szkodliwy wpływ innych czynników atmosferycznych. Połączenia poszczególnych modułów są na tyle silne, że nie ulegają uszkodzeniu w trakcie użytkowania i umożliwiają proste zamontowanie panelu w wyznaczonym miejscu. W zależności od typu i wielkości różnie prezentuje się cena takiego rozwiązania.

 

Budowa paneli fotowoltaicznych

Do typowych elementów, z których zbudowany jest krzemowy panel fotowoltaiczny zaliczyć można:
  • ogniwa krzemowe,
  • folię EVA,
  • szybę antyrefleksyjna,
  • podłoże kompozytowe,
  • ramę aluminiowa,
  • skrzynkę przyłączeniowa.

Niekorzystny wpływ zacienienia krystalicznych paneli krzemowych

Do jednych z największych wad paneli / modułów budowanych na bazie ogniw PV wykonanych z krystalicznego krzemu jest niekorzystny wpływ efektu zacienienia. Ogniwa krystaliczne połączone są w panelach fotowoltaicznych w sposób szeregowy (+ do -), co sprawia, że cały szereg pracuje tak jak najsłabsze ogniwo. Dlatego w sytuacji, gdy moduł fotowoltaiczny jest zacieniony nawet częściowo, wówczas istnieje niebezpieczeństwo, że cały panel fotowoltaiczny będzie pracował tak jak zacieniony obszar. Aby zniwelować niekorzystne skutki jakie powoduje zacienienie jakie dotyka panel fotowoltaiczny stosuje się tzw. diody bocznikujące, które w pewnym stopniu niwelują negatywny wpływ padających cieni.

Połączenia paneli fotowoltaicznych

Zarówno w przypadku paneli krystalicznych jak i cienkowarstwowych rozróżnia się dwa rodzaje połączeń elektrycznych:

  • Połączenia szeregowe - w tym przypadku sumują nam się napięcia poszczególnych paneli układu, natomiast wartość ich natężenia pozostaje stała. Dlatego tak ważne jest, aby wykorzystywać w danym szeregu panele fotowoltaiczne tego samego typu oraz serii. Połączenia szeregowe stosuje się z reguły w systemach stringowych on-gridowych.
  • Połączenia równoległe - w tym przypadku z kolei sumują się natężenia prądu poszczególnych paneli występujących w łańcuchu, natomiast wartość ich napięcia w układzie pozostaje stała. Są to połączenia wykorzystywane najczęściej w układach off-gridowych, kiedy znaczny nacisk kładzie się na możliwie wysoki poziom natężenia prądu uzyskiwanego w systemie w celu ładowania akumulatorów.

Zapraszamy do zapoznania się z naszą ofertą w sklepie

Produkty polecane
Menu